JP2002135188A - Antenna for radio communication base station - Google Patents
Antenna for radio communication base stationInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信基地局用
アンテナに関する。The present invention relates to an antenna for a radio communication base station.
【０００２】[0002]
【従来の技術】セルラ方式（小ゾーン方式）の無線通信
システムにおいて、加入者容量を増大させるための提案
がなされている。その一つとして、アンテナの指向性を
制御し、他局からの干渉を最小限にするアダプティブア
レイアンテナがある。アダプティブアレイアンテナでは
様々な方向に点在する無線通信端末に対し、指向性ビー
ムを変化させることで妨害波を除去したり、干渉を減少
させることが可能である。アレイアンテナでもビームス
ペース展開であるディジタル・ビーム・フォーミング
（ＤＢＦ）は制御の行い易さ、ディジタル回路技術の革
新により最も有力な方法となっている。2. Description of the Related Art In a cellular (small zone) wireless communication system, proposals have been made to increase the subscriber capacity. One of them is an adaptive array antenna that controls the directivity of the antenna and minimizes interference from other stations. With an adaptive array antenna, it is possible to remove an interference wave or reduce interference by changing a directional beam for wireless communication terminals scattered in various directions. Even in an array antenna, digital beam forming (DBF), which is a beam space expansion, has become the most prominent method due to easiness of control and innovation of digital circuit technology.
【０００３】図５は従来の無線通信基地局用アンテナを
用いた無線通信基地局の構成図である。FIG. 5 is a block diagram of a conventional radio communication base station using a radio communication base station antenna.
【０００４】この無線通信基地局用アンテナ１は、円周
上に鉛直に配置された複数の給電線路２ａ〜２ｈに複数
の指向性アンテナ素子としてのパッチアンテナ３ａ〜３
ｈがそれぞれ配置、接続されたアレイアンテナである。
各パッチアンテナ３ａ〜３ｈは各給電ケーブル４ａ〜４
ｈで振幅・位相制御手段５に接続されている。振幅・位
相制御手段５には受信機６及び送信機７が接続されてい
る。The antenna 1 for a radio communication base station includes a plurality of feeder lines 2a-2h arranged vertically on a circumference and a plurality of patch antennas 3a-3 serving as directional antenna elements.
h is an array antenna arranged and connected respectively.
Each patch antenna 3a-3h is connected to each feed cable 4a-4
At h, it is connected to the amplitude / phase control means 5. A receiver 6 and a transmitter 7 are connected to the amplitude / phase control means 5.
【０００５】各パッチアンテナ３ａ〜３ｈの指向性は、
隣接するパッチアンテナ３ａ〜３ｈの指向性と一部オー
バーラップしている。振幅・位相制御手段５は、各パッ
チアンテナ３ａ〜３ｈへの給電位相と振幅とを個別に制
御する。The directivity of each of the patch antennas 3a to 3h is:
Partially overlap the directivity of the adjacent patch antennas 3a to 3h. The amplitude / phase control unit 5 individually controls the power supply phase and amplitude to each of the patch antennas 3a to 3h.
【０００６】同図に示す構成の無線通信基地局用アンテ
ナ１において、送信機７側では各パッチアンテナ３ａ〜
３ｈに給電される送信信号に適当な位相回転と振幅制御
とを行い、受信機６側では各パッチアンテナ３ａ〜３ｈ
から出力される信号に適当な位相回転と振幅制御とを行
った後、各パッチアンテナ３ａ〜３ｈからの送信信号を
加算することで、円形、楕円形等様々な指向性ビームを
形成することが可能となる。In the antenna 1 for a wireless communication base station having the configuration shown in FIG.
Appropriate phase rotation and amplitude control are performed on the transmission signal fed to 3h, and the patch antennas 3a to 3h
After performing appropriate phase rotation and amplitude control on the signal output from the antenna, the transmission signals from the patch antennas 3a to 3h are added to form various directional beams such as circular and elliptical beams. It becomes possible.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の無線
通信基地局用のアダプティブアレイアンテナを用いた無
線通信システムの上り回線においては、端末はセル内の
様々な方向に点在するが、複数の指向性ビームの内、通
話中の端末が輻射する信号が最も強く受信された信号を
合成するようにビーム形成を行うことにより目的以外の
端末からの干渉を抑制した通信が実現される。In the uplink of a conventional wireless communication system using an adaptive array antenna for a wireless communication base station, terminals are scattered in various directions within a cell. By forming a beam so that a signal radiated by a terminal during a call among directional beams is combined with a signal received most strongly, communication in which interference from a terminal other than the intended terminal is suppressed is realized.
【０００８】また、下り回線においては、上り回線での
受信時に最も強い電界強度で受信した指向性ビームの方
向になるように、適当な位相回転と振幅制御とを行い、
下り回線の指向性ビームの方向とする。In the downlink, appropriate phase rotation and amplitude control are performed so that the direction of the directional beam received with the strongest electric field strength at the time of reception in the uplink is obtained.
This is the direction of the directional beam on the downlink.
【０００９】しかしながら、図５に示した従来の無線通
信基地局用アンテナには以下のような問題がある。However, the conventional radio communication base station antenna shown in FIG. 5 has the following problems.
【００１０】すなわち、指向性ビームを正確に制御する
ためには、各アンテナ素子の放射面における送信信号の
電力及び位相を正確に把握する必要があるが、従来の無
線通信基地局用アレイアンテナではリアルタイムで信号
の電力及び位相を正確に把握することは不可能である。That is, in order to accurately control the directional beam, it is necessary to accurately grasp the power and phase of the transmission signal on the radiation surface of each antenna element. It is impossible to accurately grasp the power and phase of a signal in real time.
【００１１】特に、受信周波数と送信周波数とが異なる
場合、アンテナ利得の周波数特性、接続ケーブルの周波
数特性、さらには挿入されるフィルタの振幅、位相周波
数特性等のために、受信時の最適なビームから得られた
位相回転と振幅制御のパラメータとをそのまま採用した
だけでは、下り回線として最適な指向性ビームを合成す
ることが不可能となる。In particular, when the reception frequency is different from the transmission frequency, the optimum beam at the time of reception is affected by the frequency characteristics of the antenna gain, the frequency characteristics of the connecting cable, and the amplitude and phase frequency characteristics of the inserted filter. It is not possible to synthesize an optimal directional beam for the downlink only by adopting the phase rotation and amplitude control parameters obtained from the above without any change.
【００１２】また、従来の無線通信基地局用アレイアン
テナでは、各指向性アンテナ素子の放射面における電力
と信号の位相とを正確に把握することができないため、
各指向性アンテナ素子の放射面における電力と信号の位
相とが変化したとき、変化量をリアルタイムで補正する
ことが不可能である。例えば、アンテナに接続される給
電ケーブルでは直射日光のあたる給電ケーブルとあたら
ない給電ケーブルとの間で振幅や位相特性にずれが生じ
ることがある。直射日光のあたっている給電ケーブルは
温度が上昇し、給電ケーブルの膨張により長さが変化
し、給電位相が遅れ、この温度変化はアンテナ指向性を
大きく変えてしまうほど変動するため、ビーム制御を高
精度に行うためには、各指向性アンテナ素子の放射面に
おける電力と信号の位相とを正確に把握することが大き
な課題であった。In the conventional array antenna for a radio communication base station, the power and the signal phase on the radiation surface of each directional antenna element cannot be accurately grasped.
When the power and the phase of the signal on the radiation surface of each directional antenna element change, it is impossible to correct the change in real time. For example, in a power supply cable connected to an antenna, a deviation may occur in amplitude and phase characteristics between a power supply cable exposed to direct sunlight and a power supply cable not exposed to direct sunlight. The temperature of the feed cable exposed to direct sunlight rises, the length of the feed cable changes due to the expansion of the feed cable, the feed phase is delayed, and this temperature change fluctuates as the antenna directivity changes significantly. In order to perform the measurement with high accuracy, it has been a great problem to accurately grasp the power and the signal phase on the radiation surface of each directional antenna element.
【００１３】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、電波の輻射方向をリアルタイムで正確に制御するこ
とができる無線通信基地局用アンテナを提供することに
ある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an antenna for a radio communication base station capable of accurately controlling the radiation direction of a radio wave in real time.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の無線通信基地局用アンテナは、複数の無線通
信基地局及び複数の無線通信端末からなる無線通信シス
テムの無線通信基地局用アンテナにおいて、複数の指向
性アンテナ素子と、各指向性アンテナ素子の給電線路に
それぞれ設けられ無線通信基地局の送信機からの疑似送
信信号を分離する方向性結合器と、各方向性結合器に接
続され疑似送信信号を受信して各アンテナ素子への疑似
送信信号の電力及び位相をモニタする校正信号受信機と
を備えたものである。To achieve the above object, an antenna for a wireless communication base station according to the present invention is provided for a wireless communication base station of a wireless communication system comprising a plurality of wireless communication base stations and a plurality of wireless communication terminals. In the antenna, a plurality of directional antenna elements, a directional coupler provided on each feed line of each directional antenna element and separating a pseudo transmission signal from a transmitter of a wireless communication base station, and each directional coupler. And a calibration signal receiver for receiving the pseudo transmission signal and monitoring the power and phase of the pseudo transmission signal to each antenna element.
【００１５】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナの方向性結合器は、指向性アンテナ素子の給電
点からの最近接距離が給電線路の伝搬波長の１６分の１
以上であり、方向性結合器の結合点と指向性アンテナ素
子の給電点との間の距離が伝搬波長の９．２倍以下であ
るのが好ましい。In addition to the above configuration, in the directional coupler of the antenna for a wireless communication base station according to the present invention, the closest distance from the feed point of the directional antenna element is 1/16 of the propagation wavelength of the feed line.
As described above, it is preferable that the distance between the coupling point of the directional coupler and the feed point of the directional antenna element be 9.2 times or less the propagation wavelength.
【００１６】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、方向性結合器が給電線路と同一基板上に形
成されているのが好ましい。In addition to the above configuration, in the antenna for a wireless communication base station of the present invention, it is preferable that the directional coupler is formed on the same substrate as the feed line.
【００１７】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、方向性結合器と校正信号受信機との間に多
入力加算回路が設けられているのが好ましい。In addition to the above configuration, the antenna for a wireless communication base station of the present invention is preferably provided with a multi-input addition circuit between the directional coupler and the calibration signal receiver.
【００１８】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、指向性アンテナ素子が多入力加算回路を中
心とする円周上に配置され、各方向性結合器と多入力加
算回路との間のケーブルが放射状に接続されているのが
好ましい。In addition to the above configuration, in the antenna for a wireless communication base station of the present invention, the directional antenna elements are arranged on a circumference centered on the multi-input addition circuit, and each directional coupler and the multi-input addition circuit are connected to each other. Preferably, the cables between them are connected radially.
【００１９】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、各指向性アンテナ素子に対して同一条件に
なるように多入力加算回路の入力端子の位置がシンメト
リックに形成されているのが好ましい。In addition to the above configuration, in the antenna for a wireless communication base station of the present invention, the positions of the input terminals of the multi-input addition circuit are formed symmetrically so that the same conditions are satisfied for each directional antenna element. Is preferred.
【００２０】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、各指向性アンテナ素子ごとに一定間隔を隔
てて配置された測定アンテナと校正信号受信機との間の
伝送特性のデータが出荷時に添付されているのが好まし
い。In addition to the above configuration, the antenna for a wireless communication base station of the present invention ships data of transmission characteristics between a measurement antenna and a calibration signal receiver arranged at a fixed interval for each directional antenna element. Preferably attached at times.
【００２１】上記構成に加え本発明の無線通信基地局用
アンテナは、測定アンテナと校正信号受信機との間の伝
送特性が同一になるように各方向性結合器と多入力加算
回路との間に線路長調整器が設けられているのが好まし
い。In addition to the above configuration, the antenna for a wireless communication base station according to the present invention provides an antenna between each directional coupler and a multi-input addition circuit so that the transmission characteristics between the measurement antenna and the calibration signal receiver become the same. Is preferably provided with a line length adjuster.
【００２２】本発明によれば、複数の無線通信基地局及
び複数の無線通信端末からなる無線通信システムの無線
通信基地局用アンテナにおいて、無線通信基地局用アン
テナを複数の指向性アンテナ素子で構成し、無線通信基
地局の送信機からの疑似送信信号を各指向性アンテナ素
子、各方向性結合器及び多入力加算回路を介して校正信
号受信機に入力して各指向性アンテナ素子への疑似送信
信号の電力と位相とをモニタすることにより、電波の輻
射方向をリアルタイムで正確に制御することができる。According to the present invention, in a radio communication base station antenna of a radio communication system including a plurality of radio communication base stations and a plurality of radio communication terminals, the radio communication base station antenna is constituted by a plurality of directional antenna elements. Then, the pseudo transmission signal from the transmitter of the wireless communication base station is input to the calibration signal receiver via each directional antenna element, each directional coupler, and the multi-input addition circuit, and the pseudo transmission signal is transmitted to each directional antenna element. By monitoring the power and phase of the transmission signal, the radiation direction of the radio wave can be accurately controlled in real time.
【００２３】ここで、各方向性結合器から校正信号受信
機までの線路長の長さが理想的には全く等しいことが望
ましいが、実際にはバラツキがあるため、位相の測定誤
差が生じる。このため、各方向性結合器からの出力線
を、アンテナ全体の中心方向に極力短い距離で集め、多
入力加算回路に入力し、出力を一つにして校正信号受信
機に入力する。また、測定誤差を補正するため、各指向
性アンテナ素子で一定距離のところに測定用アンテナを
設け、その測定電力と位相値とを基準として校正信号受
信機のモニタ結果を記録し、モニタ結果のデータをビー
ム制御時に補正値として使用することにより、輻射方向
をリアルタイムで正確に制御することができる無線通信
基地局用アンテナの提供を実現することができる。Here, ideally, it is desirable that the lengths of the lines from each directional coupler to the calibration signal receiver are exactly the same, but actually there is a variation, so that a phase measurement error occurs. For this reason, the output lines from the directional couplers are collected at a distance as short as possible in the direction of the center of the entire antenna, input to the multi-input addition circuit, and output to one unit and input to the calibration signal receiver. Also, in order to correct the measurement error, a measurement antenna is provided at a certain distance in each directional antenna element, and the monitoring result of the calibration signal receiver is recorded based on the measured power and the phase value, and the monitoring result is recorded. By using data as a correction value at the time of beam control, it is possible to realize the provision of an antenna for a wireless communication base station capable of accurately controlling the radiation direction in real time.
【００２４】方向性結合器は、指向性アンテナ素子の給
電点からの最近接距離が給電線路の伝搬波長の１６分の
１以上であり、方向性結合器の結合点と指向性アンテナ
素子の給電点との間の距離が伝搬波長の９．２倍以下で
あるとき、アンテナの指向性の誤差を２°以下に抑える
ことができる。In the directional coupler, the closest distance from the feed point of the directional antenna element is at least 1/16 of the propagation wavelength of the feed line, and the directional coupler is connected to the feed point of the directional antenna element. When the distance to the point is 9.2 times or less the propagation wavelength, the directivity error of the antenna can be suppressed to 2 ° or less.
【００２５】方向性結合器が給電線路と同一基板上に形
成されていることにより、パターンエッチングによりマ
イクロストリップ線路を形成することができ、極めて安
価に製作できる。Since the directional coupler is formed on the same substrate as the feed line, the microstrip line can be formed by pattern etching, and can be manufactured at very low cost.
【００２６】方向性結合器と校正信号受信機との間に多
入力加算回路が設けられていることにより、各指向性ア
ンテナ素子の出力を単一の校正信号受信機に入力するこ
とができるので、測定誤差を抑えることができる。Since the multi-input addition circuit is provided between the directional coupler and the calibration signal receiver, the output of each directional antenna element can be input to a single calibration signal receiver. In addition, measurement errors can be suppressed.
【００２７】指向性アンテナ素子が多入力加算回路を中
心とする円周上に配置され、各方向性結合器と多入力加
算回路との間のケーブルが放射状に接続されていること
により、位相と振幅とのばらつきが防止される。The directional antenna elements are arranged on a circumference centered on the multi-input addition circuit, and the cables between the directional couplers and the multi-input addition circuit are connected in a radial manner, so that the phase and the phase of the antenna are increased. Variation from the amplitude is prevented.
【００２８】各指向性アンテナ素子に対して同一条件に
なるように多入力加算回路の入力端子の位置がシンメト
リックに形成されていることにより、アンテナから輻射
される電波の位相と振幅とのばらつきが防止される。Since the positions of the input terminals of the multi-input addition circuit are symmetrically formed so that the same conditions are satisfied for each directional antenna element, the variation in phase and amplitude of radio waves radiated from the antenna is obtained. Is prevented.
【００２９】各指向性アンテナ素子ごとに一定間隔を隔
てて配置された測定アンテナと校正信号受信機との間の
伝送特性のデータが出荷時に添付されていることによ
り、ユーザがアンテナの特性を正確に把握することがで
きる。メンテナンスが容易になる。Since the data of the transmission characteristics between the measurement antenna and the calibration signal receiver arranged at a fixed interval for each directional antenna element is attached at the time of shipment, the user can accurately determine the characteristics of the antenna. Can be grasped. Maintenance becomes easy.
【００３０】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。尚、図５に示した部材と同様
の部材には共通の符号を用いた。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for members similar to those shown in FIG.
【００３１】図２（ａ）は本発明の無線通信基地局用ア
ンテナのカバーを示す平面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）の側面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−
Ａ線拡大断面図である。FIG. 2A is a plan view showing a cover of the antenna for a wireless communication base station according to the present invention, and FIG.
2A is a side view, and FIG. 2C is a side view of FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line A.
【００３２】本無線通信基地局用アンテナ１０は、例え
ば樹脂からなる円筒状のアンテナカバー１１と、アンテ
ナカバー１１の上端に設けられた樹脂からなる円板状の
アンテナカバー１２とアンテナカバー１１の下端に設け
られたアンテナマウント１３との間に収納されている。
アンテナカバー１１内には複数の指向性アンテナ素子
（例えばパッチアンテナ）３ａ〜３ｈが形成されたアン
テナ基板１４ａ〜１４ｈが略円周上に鉛直に配置され、
アンテナアレイを形成している。各パッチアンテナ３ａ
〜３ｈの指向性は、隣接するパッチアンテナ３ａ〜３ｈ
の指向性と一部オーバーラップしている。尚、１５は避
雷針であり、１６はフランジであり、１７は分配器等を
収容する収容ボックスである。The antenna 10 for a wireless communication base station includes, for example, a cylindrical antenna cover 11 made of a resin, a disk-shaped antenna cover 12 made of a resin provided on the upper end of the antenna cover 11, and a lower end of the antenna cover 11. Is stored between the antenna mount 13 and the antenna mount 13.
Inside the antenna cover 11, antenna substrates 14a to 14h on which a plurality of directional antenna elements (for example, patch antennas) 3a to 3h are formed are arranged vertically on substantially the circumference,
An antenna array is formed. Each patch antenna 3a
-3h, the directivity of adjacent patch antennas 3a-3h
It partially overlaps with the directivity. In addition, 15 is a lightning rod, 16 is a flange, and 17 is a storage box for storing a distributor and the like.
【００３３】図３（ａ）は図２に示したアンテナ基板の
表面図であり、図３（ｂ）は裏面図である。FIG. 3A is a front view of the antenna substrate shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a rear view.
【００３４】アンテナ基板１４ａはプリント基板からな
っており、その裏面には１対の給電線路２ａ−１、２ａ
−２が形成されており、給電線路２ａ−１と給電線路２
ａ−２とは異なる偏波（例えば垂直偏波と水平偏波）が
給電位置１８ａ、１８ｂで給電されるようになってい
る。アンテナ基板１４ａの表面には６箇所の給電点１９
ａ、１９ｂが形成され、それぞれパッチアンテナ３ａに
接続されている。給電位置１８ａ、１８ｂで給電された
信号は、各給電点１９ａ、１９ｂでパッチアンテナ３ａ
に給電される。アンテナ基板１４ａの一方の給電線路２
ａ−２には方向性結合器２０ａが一体的に形成されてい
る。尚、他のアンテナ基板１４ｂ〜１４ｈもアンテナ基
板１４ａと同様の構造を有している。The antenna substrate 14a is formed of a printed circuit board, and a pair of feed lines 2a-1, 2a
-2 are formed, and the feed line 2a-1 and the feed line 2
Polarization different from a-2 (for example, vertical polarization and horizontal polarization) is supplied at the power supply positions 18a and 18b. Six feeding points 19 are provided on the surface of the antenna substrate 14a.
a and 19b are formed and connected to the patch antenna 3a, respectively. The signals supplied at the power supply positions 18a and 18b are supplied to the patch antenna 3a at the respective power supply points 19a and 19b.
Power is supplied to One feed line 2 of the antenna substrate 14a
The directional coupler 20a is integrally formed in a-2. The other antenna substrates 14b to 14h also have the same structure as the antenna substrate 14a.
【００３５】図１は本発明の無線通信基地局用アンテナ
を用いた無線通信基地局の一実施の形態を示す構成図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a radio communication base station using the radio communication base station antenna of the present invention.
【００３６】この無線通信基地局２１は、主に無線通信
基地局用アンテナ１０と、無線通信基地局用アンテナ１
０の各アンテナ素子としてのパッチアンテナ３ａ〜３ｈ
に給電ケーブル４ａ〜４ｈで接続された振幅位相制御手
段５と、振幅位相制御手段５に接続された受信機６及び
送信機７とで構成されている。The radio communication base station 21 mainly includes the radio communication base station antenna 10 and the radio communication base station antenna 1.
Patch antennas 3a to 3h as respective antenna elements 0
And a power transmitting cable 4a to 4h, and a receiver 6 and a transmitter 7 connected to the amplitude / phase controller 5.
【００３７】無線通信基地局用アンテナ１０は、アンテ
ナ基板（図３）１４ａ〜１４ｈに形成された複数の指向
性アンテナ素子としてのパッチアンテナ３ａ〜３ｈと、
各パッチアンテナ３ａ〜３ｈの給電線路２ａ〜２ｈにそ
れぞれ設けられ無線通信基地局２１の送信機７から発せ
られる疑似送信信号を分離する方向性結合器２０ａ〜２
０ｈと、各方向性結合器２０ａ〜２０ｈに接続され、疑
似送信信号を受信して各パッチアンテナ３ａ〜３ｈへの
信号の電力及び位相をモニタする校正信号受信機２２と
で構成されている。The radio communication base station antenna 10 includes patch antennas 3a to 3h as a plurality of directional antenna elements formed on antenna substrates (FIG. 3) 14a to 14h,
Directional couplers 20a to 20h provided on feeder lines 2a to 2h of patch antennas 3a to 3h, respectively, for separating pseudo transmission signals emitted from transmitter 7 of wireless communication base station 21
0h and a calibration signal receiver 22 that is connected to each of the directional couplers 20a to 20h, receives a pseudo transmission signal, and monitors the power and phase of the signal to each of the patch antennas 3a to 3h.
【００３８】無線通信基地局用アンテナ１０の中央には
多入力加算回路（以下「パワーディバイダ」という。）
２３が配置されており、このパワーディバイダ２３から
放射状の接続ケーブル２４ａ〜２４ｈにより各方向性結
合器２０ａ〜２０ｈの一方（図では上側）に接続されて
いる。各方向性結合器の他方（図では下側）の端子は図
には無い終端抵抗により終端されている。パワーディバ
イダ２３の出力端子は校正信号受信機２２に接続されて
いる。At the center of the radio communication base station antenna 10, a multi-input adding circuit (hereinafter referred to as "power divider") is provided.
The power divider 23 is connected to one of the directional couplers 20a to 20h (upper side in the figure) by radial connection cables 24a to 24h. The other terminal (lower side in the figure) of each directional coupler is terminated by a terminating resistor not shown. The output terminal of the power divider 23 is connected to the calibration signal receiver 22.
【００３９】図４は図１に示したアンテナ素子及びパワ
ーディバイダの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of the antenna element and the power divider shown in FIG.
【００４０】尚、説明を簡単にするため、アンテナ基板
の数を２とし、アンテナ基板の給電点を３箇所としてい
る。For the sake of simplicity, the number of antenna boards is set to two, and the feeding points of the antenna board are set to three places.
【００４１】アンテナ基板１４ａ、１４ｂの各パッチア
ンテナ３ａ、３ｂには振幅・位相制御手段５を介して送
信機７から疑似送信信号が入力されるようになっている
（図１参照）。方向性結合器２０ａ、２０ｂの一方の端
子はパワーディバイダ２３の入力端子にそれぞれ接続さ
れ、パワーディバイダ２３の出力端子は校正信号受信機
２２に接続されている。Each of the patch antennas 3a and 3b of the antenna boards 14a and 14b receives a pseudo transmission signal from the transmitter 7 via the amplitude / phase control means 5 (see FIG. 1). One terminal of each of the directional couplers 20 a and 20 b is connected to an input terminal of the power divider 23, and an output terminal of the power divider 23 is connected to the calibration signal receiver 22.
【００４２】本無線通信基地局用アンテナ１０は自己校
正機能を有している。この自己校正機能を使用すると、
送信機７から校正信号としての疑似送信信号を給電ケー
ブル４ａ、４ｂを介して各パッチアンテナ３ａ、３ｂに
送信する。疑似送信信号の電力の一部は、方向性結合器
２０ａ、２０ｂと結合し、パワーディバイダ２３で合成
して、校正信号受信機２２で受信される。疑似送信信号
は各パッチアンテナ３ａ、３ｂの給電ケーブル４ａ、４
ｂ及び給電線路２ａ−２、２ａ−２ａを伝送し、アンテ
ナ放射面近くで方向性結合器２０ａ、２０ｂに結合する
ため、各パッチアンテナ３ａ、３ｂまでの位相と伝送損
失とを正確に把握することができる。The radio communication base station antenna 10 has a self-calibration function. With this self-calibration function,
A pseudo transmission signal as a calibration signal is transmitted from the transmitter 7 to each of the patch antennas 3a and 3b via the power supply cables 4a and 4b. A part of the power of the pseudo transmission signal is combined with the directional couplers 20a and 20b, synthesized by the power divider 23, and received by the calibration signal receiver 22. The simulated transmission signals are supplied to the feeding cables 4a, 4a, 4b of the respective patch antennas 3a, 3b.
b and the feed lines 2a-2 and 2a-2a are transmitted and coupled to the directional couplers 20a and 20b near the antenna radiation surface, so that the phase and the transmission loss up to each of the patch antennas 3a and 3b are accurately grasped. be able to.
【００４３】ここで、校正信号受信機２２を複数用い
て、パッチアンテナ３ａ、３ｂにおける方向性結合器２
０ａ、２０ｂから、それぞれ別の校正信号受信機に疑似
送信信号を入力すると、校正信号受信機２２の特性のバ
ラツキが含まれ、各パッチアンテナ３ａ、３ｂまでの位
相と伝送損失とを正確に測定できなくなる。Here, the directional coupler 2 in the patch antennas 3a and 3b is used by using a plurality of calibration signal receivers 22.
When pseudo transmission signals are input to different calibration signal receivers from 0a and 20b, variations in characteristics of the calibration signal receiver 22 are included, and the phase and transmission loss to each patch antenna 3a and 3b are accurately measured. become unable.
【００４４】しかし、本発明のように、パワーディバイ
ダ２３により、各パッチアンテナ３ａ、３ｂの方向性結
合器２０ａ、２０ｂの出力を合成して一つの出力とする
ことにより、単一の校正信号受信機２２に入力すること
が可能になり、前述のような複数の校正信号受信機間に
おける特性のバラツキによる測定誤差が生じるのを無く
すことができる。However, as in the present invention, the power divider 23 combines the outputs of the directional couplers 20a and 20b of each patch antenna 3a and 3b into one output, thereby receiving a single calibration signal. This makes it possible to input the signal to the calibration device 22 and eliminate the occurrence of measurement errors due to variations in characteristics among a plurality of calibration signal receivers as described above.
【００４５】校正を正確に行うためには、各パッチアン
テナ３ａ、３ｂの放射面において放射される信号の位相
と振幅とを正確に把握する必要がある。したがって、パ
ッチアンテナ３ａ、３ｂへの給電ケーブル４ａ、４ｂや
アンテナ基板１４ａ、１４ｂ上に形成されたマイクロス
トリップ線路からなる給電線路２ａ−２、２ａ−２ａや
方向性結合器２０ａ、２０ｂの変動の影響を排除するた
め、方向性結合器２０ａ、２０ｂはパッチアンテナ３
ａ、３ｂの給電点１９ａ、１９ａａにできる限り近くに
形成する必要がある。In order to perform the calibration accurately, it is necessary to accurately grasp the phase and amplitude of the signal radiated from the radiation surface of each patch antenna 3a, 3b. Accordingly, fluctuations in the feed lines 4a and 4b to the patch antennas 3a and 3b, the feed lines 2a-2 and 2a-2a formed of microstrip lines formed on the antenna substrates 14a and 14b, and the directional couplers 20a and 20b are reduced. In order to eliminate the influence, the directional couplers 20a and 20b are connected to the patch antenna 3
It is necessary to form the power supply points 19a and 19aa as close as possible to the power supply points 19a and 19aa.
【００４６】しかし、方向性結合器２０ａ、２０ｂは、
給電点１９ａ、１９ａａにあまり近すぎるとパッチアン
テナ３ａ、３ｂの放射特性に影響を与える。パッチアン
テナ３ａ、３ｂの給電点１９ａと方向性結合器２０ａ、
２０ｂとの間の結合減衰量を十分得るためには、方向性
結合器２０ａ、２０ｂでパッチアンテナ３ａ、３ｂの給
電点１９ａ、１９ａａに近い側を１６分の１λｇ（λ
ｇ：伝送線路の伝搬波長）以上離す必要がある。また、
校正を正確に行うためには信号の位相の誤差をできる限
り小さくする必要があり、特に二つのパッチアンテナ３
ａ、３ｂで大きな温度差があると、二つの給電線路２ａ
−２、２ａ−２ａの長さに差が生じてしまう。例えば、
アンテナ基板１４ａ、１４ｂの熱膨張係数を２０ｐｐｍ
とすると、二つのパッチアンテナ３ａ、３ｂ間で３０℃
の温度差が生じたとき、パッチアンテナ３ａ、３ｂの給
電点１９ａ、１９ａａから方向性結合器２０ａ、２０ｂ
の結合点までの距離を疑似送信信号の波長のＬ倍とし、
誤差を２°以下に抑えることが必要であるとすると、パ
ッチアンテナ３ｂの給電点１９ａａから方向性結合器２
０ｂの結合点Ｃまでの距離Ｌの条件は数１式で表され
る。However, the directional couplers 20a and 20b are
If it is too close to the feeding points 19a, 19aa, the radiation characteristics of the patch antennas 3a, 3b are affected. The feed point 19a of the patch antenna 3a, 3b and the directional coupler 20a,
In order to obtain a sufficient amount of coupling attenuation between the directional couplers 20a and 20b, the directional couplers 20a and 20b have a 1/16 λg (λ
g: the propagation wavelength of the transmission line). Also,
In order to perform the calibration accurately, it is necessary to minimize the phase error of the signal.
If there is a large temperature difference between the two feed lines 2a
-2, 2a-2a. For example,
The coefficient of thermal expansion of the antenna substrates 14a and 14b is 20 ppm
Then, 30 ° C. between the two patch antennas 3a and 3b
When the temperature difference of the patch antennas 3a and 3b occurs, the directional couplers 20a and 20b
Is set to L times the wavelength of the pseudo transmission signal,
If it is necessary to suppress the error to 2 ° or less, the directional coupler 2 is connected from the feed point 19aa of the patch antenna 3b.
The condition of the distance L to the connection point C of 0b is expressed by Expression 1.
【００４７】[0047]
【数１】Ｌ×２０×１０-6×３０≦２／３６０ 数１式よりＬ≦９．２となる。L × 20 × 10 −6 × 30 ≦ 2/360 From Expression 1, L ≦ 9.2.
【００４８】以上より、方向性結合器２０ｂの結合点Ｃ
とパッチアンテナ３ｂの給電点１９ａａからの距離Ｌを
９．２λｇ以下にする必要がある。As described above, the connection point C of the directional coupler 20b
And the distance L of the patch antenna 3b from the feeding point 19aa must be 9.2λg or less.
【００４９】ここで、各方向性結合器２０ａ、２０ｂと
パワーディバイダ２３との間を接続する接続ケーブル２
４ａ、２４ｂの伝送特性にバラツキがあると、アンテナ
放射面における位相と振幅とを正確に測定できなくな
る。このため、方向性結合器２０ａ、２０ｂの出力信号
は各パッチアンテナ３ａ、３ｂで全く同一の条件で引き
出す必要がある。もし、接続ケーブル２４ａ、２４ｂに
曲がり部分があると、信号の位相と振幅とがばらつく要
因になる。したがって、接続ケーブル２４ａ、２４ｂは
無線通信基地局用アンテナ１０の中心部に向かって放射
状に設ける必要があり、パワーディバイダ２３は無線通
信基地局用アンテナ１０の中心部に設けることが必然と
なる。Here, the connection cable 2 for connecting between each of the directional couplers 20a and 20b and the power divider 23
If the transmission characteristics of 4a and 24b vary, the phase and amplitude at the antenna radiation surface cannot be measured accurately. For this reason, the output signals of the directional couplers 20a and 20b need to be extracted by the patch antennas 3a and 3b under exactly the same conditions. If the connection cables 24a and 24b have a bent portion, the phase and amplitude of the signal may be varied. Therefore, the connection cables 24a and 24b need to be provided radially toward the center of the antenna 10 for the wireless communication base station, and the power divider 23 must be provided at the center of the antenna 10 for the wireless communication base station.
【００５０】以上の機能を満たすため、本発明は図１に
示すような構造となる。In order to satisfy the above functions, the present invention has a structure as shown in FIG.
【００５１】以上において、本無線通信基地局用アンテ
ナ１０は、リアルタイムかつ正確に電波の輻射方向の制
御ができるように、各パッチアンテナ３ａ〜３ｈの放射
面における電力と位相とを正確に測定することができ
る。また、温度変化等の外乱要因により、放射面におけ
る信号の位相と振幅とが変化しても、リアルタイムに測
定、校正が可能となる。例えば、給電ケーブル４ａ〜４
ｈのうち、１本が直射日光によって温度が上昇し、ケー
ブル長が伸びた場合、伸びた給電ケーブル４ａ〜４ｈか
ら受信する校正信号の位相が他の位相よりも遅れて受信
される。In the above, the radio communication base station antenna 10 accurately measures the power and phase on the radiation surface of each of the patch antennas 3a to 3h so that the radiation direction of the radio wave can be accurately controlled in real time. be able to. Further, even if the phase and amplitude of the signal on the radiation surface change due to a disturbance factor such as a temperature change, measurement and calibration can be performed in real time. For example, the power supply cables 4a to 4a
In the case where the temperature of one of the cables h increases due to direct sunlight and the cable length increases, the phase of the calibration signal received from the extended power supply cables 4a to 4h is received later than the other phases.
【００５２】そこで、校正信号受信機で受信した信号の
位相遅れ分だけ、対応する給電ケーブル４ａ〜４ｈに位
相回転を他より進めて給電することにより、放射面にお
いて正しい電力、位相の信号を給電することができる。Therefore, by feeding the corresponding feed cables 4a to 4h with the phase rotation advanced from the others by the amount of the phase delay of the signal received by the calibration signal receiver, a signal of the correct power and phase is fed on the radiation surface. can do.
【００５３】ここで、指向性制御をより正確に行うた
め、以下に説明する方法により電力及び位相の校正がさ
らに正確になる。Here, in order to more accurately perform directivity control, power and phase calibration become more accurate by the method described below.
【００５４】放射面における位相と振幅特性とを出荷時
において、各パッチアンテナ３ａ〜３ｈごとに一定距離
に測定アンテナ（図示せず。）を用意し、測定アンテナ
と給電ケーブル４ａ〜４ｈとの間の伝送特性を測定する
と、放射面における信号の位相と振幅特性とを確実に測
定できる。測定アンテナで測定した伝送特性を出荷時に
添付して、本発明の無線通信基地局用アンテナ１０を用
いて通信の運用を行う際、方向性結合器２０ａ〜２０ｈ
及びパワーディバイダ２３を介して得られた伝送特性と
比較し、その差を補正値と使用して、位相回転と加算処
理とを行う方法がある。また、方向性結合器２０ａ〜２
０ｈとパワーディバイダ２３との間に線路長調整器（図
示せず。）を設け、測定アンテナで測定した伝送特性が
等しくなるようにする方法もある。When the phase and amplitude characteristics on the radiation surface are shipped, a measuring antenna (not shown) is prepared at a fixed distance for each of the patch antennas 3a to 3h, and the distance between the measuring antenna and the feeding cables 4a to 4h is set. , The phase and amplitude characteristics of the signal on the radiation surface can be reliably measured. At the time of shipping, the transmission characteristics measured by the measurement antenna are attached to the directional couplers 20a to 20h when the communication operation is performed using the antenna 10 for a wireless communication base station of the present invention.
And a transmission characteristic obtained via the power divider 23, and using the difference as a correction value to perform phase rotation and addition processing. Also, the directional couplers 20a to 20a
There is also a method in which a line length adjuster (not shown) is provided between 0h and the power divider 23 so that the transmission characteristics measured by the measurement antenna become equal.
【００５５】また、本発明によれば、パワーディバイダ
２３を用いることにより、校正信号の入力経路が一つで
済むため、校正信号の伝送経路が短くなり、各パッチア
ンテナ３ａ〜３ｈにおける校正信号の伝送経路長のバラ
ツキが短くなる。さらに、パッチアンテナ３ａ〜３ｈそ
れぞれに校正信号受信機２２を取付ける場合と比較して
安価になる。またさらに、本発明は、符号分割多重接続
方式（ＣＤＭＡ）を採用する無線通信システムで特に効
果的に運用できる。Further, according to the present invention, by using the power divider 23, only one input path of the calibration signal is required, so that the transmission path of the calibration signal is shortened, and the calibration signal of each of the patch antennas 3a to 3h is shortened. Variations in transmission path length are reduced. Further, the cost is lower than when the calibration signal receiver 22 is mounted on each of the patch antennas 3a to 3h. Still further, the present invention can operate particularly effectively in wireless communication systems employing Code Division Multiple Access (CDMA).
【００５６】尚、本実施の形態では指向性アンテナ素子
としてパッチアンテナを用いた場合で説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、単一指向性アンテ
ナ素子であればパラボラアンテナでもホーンアンテナで
もよい。In this embodiment, a case has been described where a patch antenna is used as a directional antenna element. However, the present invention is not limited to this. A horn antenna may be used.
【００５７】以上において、本発明によれば、無線通信
基地局用アンテナにおいて、リアルタイムかつ正確に電
波の輻射方向の制御ができるように、各パッチアンテナ
の放射面における信号の電力と位相とを測定することが
できる。また、温度変動等の外乱要因で給電位相と振幅
とに変化が生じても、測定した電力と位相の値を補正値
として用いることにより、所望のビームを形成すること
ができる。As described above, according to the present invention, the power and phase of the signal on the radiation surface of each patch antenna are measured in the antenna for a wireless communication base station so that the radiation direction of the radio wave can be controlled in real time and accurately. can do. Further, even if the power supply phase and the amplitude change due to disturbance factors such as temperature fluctuation, a desired beam can be formed by using the measured power and phase values as correction values.
【００５８】[0058]
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
【００５９】電波の輻射方向をリアルタイムで正確に制
御することができる無線通信基地局用アンテナの提供を
実現することができる。It is possible to provide an antenna for a wireless communication base station capable of accurately controlling the radiation direction of a radio wave in real time.
【図１】本発明の無線通信基地局用アンテナを用いた無
線通信基地局の一実施の形態を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a wireless communication base station using a wireless communication base station antenna of the present invention.
【図２】（ａ）は本発明の無線通信基地局用アンテナの
カバーを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図で
あり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。2A is a plan view showing a cover of the antenna for a wireless communication base station according to the present invention, FIG. 2B is a side view of FIG. 2A, and FIG. 2C is an AA of FIG. It is a line expanded sectional view.
【図３】（ａ）は図２に示したアンテナ基板の表面図で
あり、（ｂ）は裏面図である。3A is a front view of the antenna substrate shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a rear view.
【図４】図１に示したアンテナ素子及びパワーディバイ
ダの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of the antenna element and the power divider shown in FIG.
【図５】従来の無線通信基地局用アンテナを用いた無線
通信基地局の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless communication base station using a conventional wireless communication base station antenna.
３ａ〜３ｈ 指向性アンテナ素子（パッチアンテナ） １０ 無線通信基地局用アンテナ ２０ａ〜２０ｈ 方向性結合器 ２１ 無線通信基地局 ２２ 校正信号受信機 ２３ 多入力加算回路（パワーディバイダ） 3a to 3h Directional antenna element (patch antenna) 10 Radio communication base station antenna 20a to 20h Directional coupler 21 Radio communication base station 22 Calibration signal receiver 23 Multi-input addition circuit (power divider)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐美 浩志 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 伊藤 幹浩 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線株 式会社高砂工場内 (72)発明者 松原 亮滋 茨城県日立市砂沢町880番地 日立電線株 式会社高砂工場内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA08 CA06 DB02 DB03 EA04 FA32 GA02 GA08 HA05 HA10 5K059 CC02 CC04 5K067 AA03 CC24 DD27 EE02 EE10 EE22 GG01 GG11 KK02 KK03 LL11 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Usami 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Communications Division, Hitachi, Ltd. Inside the Takasago Plant (72) Inventor Ryoji Matsubara 880 Sunasawa-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable Co., Ltd.F-term in the Takasago Plant (reference) 5J021 AA05 AA08 CA06 DB02 DB03 EA04 FA32 GA02 GA08 HA05 HA10 5K059 CC02 CC04 5K067 AA03 CC24 DD27 EE02 EE10 EE22 GG01 GG11 KK02 KK03 LL11
Claims (8)
信端末からなる無線通信システムの無線通信基地局用ア
ンテナにおいて、複数の指向性アンテナ素子と、各指向
性アンテナ素子の給電線路にそれぞれ設けられ無線通信
基地局の送信機からの疑似送信信号を分離する方向性結
合器と、各方向性結合器に接続され上記疑似送信信号を
受信して各アンテナ素子への疑似送信信号の電力及び位
相をモニタする校正信号受信機とを備えたことを特徴と
する無線通信基地局用アンテナ。An antenna for a wireless communication base station of a wireless communication system including a plurality of wireless communication base stations and a plurality of wireless communication terminals, wherein a plurality of directional antenna elements and a feed line of each directional antenna element are provided. A directional coupler for separating a pseudo transmission signal from a transmitter of a wireless communication base station, and a power and a phase of the pseudo transmission signal to each antenna element connected to each directional coupler and receiving the pseudo transmission signal. And a calibration signal receiver for monitoring the signal.
ナ素子の給電点からの最近接距離が給電線路の伝搬波長
の１６分の１以上であり、上記方向性結合器の結合点と
上記指向性アンテナ素子の給電点との間の距離が上記伝
搬波長の９．２倍以下である請求項１に記載の無線通信
基地局用アンテナ。2. The directional coupler, wherein the closest distance from the feed point of the directional antenna element is at least 1/16 of the propagation wavelength of the feed line, and 2. The antenna for a wireless communication base station according to claim 1, wherein a distance between the directional antenna element and a feeding point is 9.2 times or less of the propagation wavelength.
基板上に形成されている請求項１に記載の無線通信基地
局用アンテナ。3. The wireless communication base station antenna according to claim 1, wherein the directional coupler is formed on the same substrate as the feeder line.
との間に多入力加算回路が設けられている請求項１から
３のいずれかに記載の無線通信基地局用アンテナ。4. The antenna for a wireless communication base station according to claim 1, wherein a multi-input addition circuit is provided between said directional coupler and said calibration signal receiver.
算回路を中心とする円周上に配置され、各方向性結合器
と上記多入力加算回路との間のケーブルが放射状に接続
されている請求項４に記載の無線通信基地局用アンテ
ナ。5. The directional antenna element is arranged on a circle around the multi-input addition circuit, and cables between the directional couplers and the multi-input addition circuit are radially connected. An antenna for a wireless communication base station according to claim 4.
になるように上記多入力加算回路の入力端子の位置がシ
ンメトリックに形成されている請求項４に記載の無線通
信基地局用アンテナ。6. The antenna for a wireless communication base station according to claim 4, wherein the positions of the input terminals of the multi-input addition circuit are symmetrically formed so that the same condition is satisfied for each directional antenna element.
隔てて配置された測定アンテナと上記校正信号受信機と
の間の伝送特性のデータが出荷時に添付されている請求
項１から６のいずれかに記載の無線通信基地局用アンテ
ナ。7. The method according to claim 1, wherein data of transmission characteristics between a measurement antenna arranged at a fixed interval for each directional antenna element and the calibration signal receiver is attached at the time of shipment. A wireless communication base station antenna according to any one of the above.
との間の伝送特性が同一になるように各方向性結合器と
上記多入力加算回路との間に線路長調整器が設けられて
いる請求項４に記載の無線通信基地局用アンテナ。8. A line length adjuster is provided between each of the directional couplers and the multi-input adding circuit so that transmission characteristics between the measurement antenna and the calibration signal receiver become the same. An antenna for a wireless communication base station according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000333550A JP2002135188A (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Antenna for radio communication base station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013055526A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Hitachi Cable Ltd | Antenna device |
| US8620606B2 (en) | 2008-04-11 | 2013-12-31 | Bird Technologies Group Inc. | Transmitter power monitor |
-
2000
- 2000-10-27 JP JP2000333550A patent/JP2002135188A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8620606B2 (en) | 2008-04-11 | 2013-12-31 | Bird Technologies Group Inc. | Transmitter power monitor |
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